Question

10．氢气是一种理想的“绿色能源”，利用氢能需要选择合适的储氢材料．目前正在研究和使用的储氢材料有镁系合金、稀土系合金等．
（1）已知：Mg（s）+H₂（g═MgH₂（s）△H=-74.5kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2H₂（g═Mg₂NiH₄（s）△H=-64.4kJ•mol^-1
则Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H=+84.6kJ•mol^-1
（2）储氢材料Mg（AlH₄）₂在110～200℃的反应为：Mg（AlH₄）═MgH₂+2Al+3H₂↑．
反应中每转移3mol电子时，产生的H₂在标准状况下的体积为33.6L．
（3）镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化物：LaNi₅（s）+3H₂（g═LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆（s）释放出气态氢，根据平衡移动原理，可改变的条件是bc（填字母编号）．
a．增加LaNi₅H₆（s）的量  b．升高温度    c．减小压强  d．使用催化剂
（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为a mol•L^-1，平衡时苯的浓度为b mol•L^-1，该反应的平衡常数K==$\frac{27{b}^{4}}{a-b}$mol³•L^-3（用含a、b的代数式表示）．
②一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）．A是电源的负（填“正”或“负”）极；电解过程中产生的气体F为O₂（填化学式），电极D上发生的电极反应为C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．

Answer 1

分析 （1）依据给出的热化学方程式利用盖斯定律计算反应热；
（2）根据化学方程式Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑计算；
（3）根据LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆ （s）释放出气态氢，则平衡向逆向移动，据此分析；
（4）①依据平衡常数表达式解答；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷．

解答 解：（1）①Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H₃
由盖斯定律②-2×①得到Mg₂Ni（s）+2MgH₂（g）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H₃ =-64.4KJ/mol-2×（-74.5KJ/mol）=+84.6KJ/mol，则△H₃=+84.6KJ/mol，
故答案为：+84.6；
（2）储氢材料Mg（AlH₄）₂在110℃-200℃的反应为：Mg（AlH₄）₂=MgH₂+2Al+3H₂↑，从方程式可知反应中每转移6mol电子时生成3mol，所以反应中每转移3mol电子时产生的H₂的物质的量为1.5，生成氢气33.6L；
故答案为：33.6；
（3）欲使LaNi₅H₆ （s）释放出气态氢，则平衡向逆向移动，由LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0为气体减小的放热反应，所以可以升高温度或降低压强，平衡向逆向移动；
故答案为：bc；
（4）①环己烷的起始浓度为amol•L^-1，平衡时苯的浓度为bmol•L^-1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（a-b）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=$\frac{C（C{\;}_{6}H{\;}_{6}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{C（C{\;}_{6}H{\;}_{12}）}$=$\frac{27{b}^{4}}{a-b}$ mol³•L^-3；
故答案为：$\frac{27{b}^{4}}{a-b}$ mol³•L^-3；
该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，电解池阴极与电源负极相连，得出电解过程中产生的气体F为O₂，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，
故答案为：负； O₂；C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡的移动、平衡常数的计算及其电解池原理等知识点，题目难度较大，注意对相关知识的理解．